物聯網(IoT)所談論的議題是一個大方向，往應用細分又可分為智慧城市、智慧交通、智慧醫療、工業物聯網(IIoT)等。而工業物聯網和工業4.0的概念密不可分，著重於互連性、自動化、機器學習及即時數據等多方面。工業物聯網是現今除了消費性應用以外，對於實現物聯生活被廣泛使用，涵蓋領域包含整個工業應用。

工廠自動化帶來提升生產效率、品質穩定，並有效解決有限人力的困境。從產線自動化到無人搬運車系統，再加上機器人、機械手臂助力，驅動科技快速發展，然而要實現真正的智慧工廠，卻不是每家企業能夠說到做到。在傳統工廠尚未進行數位轉型前，僅能依照第一線員工分散記錄生產狀況，製作表格整理數據，而管理者憑藉過去經驗和假設做出決策判斷，在這樣耗時地組織整理報告、等待管理者決策，往往耽誤了排除問題的最佳時機。

傳統工廠升級為智慧工廠首要任務，將老舊的機器設備進行可程式化邏輯控制器(PLC)和感測器(Sensor)對接，利用感測器前端採集資料，可視化的設備進行數據分析，透過通訊設備將資料傳輸至控制器做即時監控，最後回傳到雲端管理，形成完整的工業聯網。然而要做到這樣的技術，必須在現有的設備上安裝嵌入式或非嵌入式的聯網設備，利用微控制器(MCU)的高運算、小體積、低成本優勢，執行硬體設備的通訊、邊緣運算、即時反應和馬達控制等功能，加速推動傳統工廠轉型。工業物聯網特性在於擁有靈活高速的通訊網路、快速的分散式運算能力，以及有助提高分析的邊緣運算技術。這些技術能力缺一不可，用於訊號擷取和驅動控制的PLC，與協助工廠設備運作的馬達控制系統，對系統處理的要求上與日俱增，傳統8bit MCU已無法滿足製造商的需求，因此採用32bit MCU達到更好的性能要求(圖1)。

圖1：AT32 MCU導入工業物聯網設備應用。

目前Arm處理器核心作為一個工業和汽車系統中，高整合、低成本MCU的產業標準，特別是ARM Cortex-M4 32bit MCU，除了繼承Cortex-M3核心優勢，內建數位訊號處理器(DSP)，可選擇附加單精度浮點單元(FPU)，讓Cortex-M4擁有高精準度複雜的運算能力，且具有可訪問性的優勢，開發人員易進行編寫韌體。

Cortex-M4 32bit MCU能有效改善低延遲、精確度及電力管理等，將傳統MCU功能簡化集中至單一晶片，並提供大容量記憶體，靈活彈性運用，最佳化系統成本，和透過開發軟體平台便於工程設計人員開發，帶來高效能、即時控制、通訊網路、數據分析和安全控制等功能。因此，雅特力推出一系列AT32 MCU系列，以ARM Cortex-M4/M0+ 32bit MCU為發展核心，在運算效能和精準度上做到技術上的突破，以下為AT32 MCU在工業自動化中實現各項優勢。

即時反應和控制

為確保工廠設備安全和機器的連續運作，精確的類比訊號控制為關鍵，必須在規範的時間內控制訊號，透過快速處理大量的數據，做出即時反應和控制。特別是在數十萬轉的馬達驅動應用上，因馬達轉速快電流頻率高、馬達線圈電感小，需要提供高頻、高解析的PWM電壓，方能使馬達高效穩定運轉。例如，雅特力開發AT32F435/437系列採用最高主頻288MHz，支援浮點運算，內建超大容量4,032KB Flash和高達512KB SRAM，讓CPU能以零等待週期訪問(讀/寫)(圖2)。且內嵌自動時脈校準(ACC)模組，ACC可校準高速內部時脈HICK 48MHz，並保證HICK在晶片可操作溫度範圍內的最佳準確度，滿足各種運動控制和智慧控制對高運算力、高精度的需求。

圖2：零等待Flash映射區塊。

簡化設計降低系統複雜性

AT32 MCU將豐富的周邊如CAN總線、UART、SPI/I²S、ADC、多元用途定時器等周邊元件整合成單晶片系統，透過高階軟體編程進行最佳化設計，建構在彈性的硬體區塊上，針對不同應用需求進行軟體設定，具備可擴充性和系統相容性，降低系統複雜性。除上述多元接口外，包含雙DMA控制器、兼容IEEE-802.3 10/100Mbps乙太網路和USB OTG等，提高資料傳輸效率和可靠性；並建立完整的系統生態鏈，包含開發環境、即時作業系統(RTOS)，以及透過雅特力驗證的第三方軟體資源，並符合國際電工委員會(IEC)制定的IEC-60730國際安全標準規範，如此強大豐富的資源及便利性，有助於產品快速開發上市。

大容量記憶體提升靈活性

AT32 MCU可搭配標準規格的擴充板，適用於快閃記憶體編程和運作控制的內建除錯接口，快閃記憶體(QSPI)具備高讀取頻寬，加速高效能嵌入式系統的資料存取及編輯，完成系統的快速編程執行，透過先進製程技術，整合更大容量SRAM 進行數據快取，執行複雜的系統程式碼與彈性應用。AT32F403A/407系列及AT32F435/437系列，提供256~4,032KB Flash、96~512KB SRAM超大記憶體選用，靈活應用於各種工業自動化控制場域，如化工、塑膠、紡織、包裝、印刷、中央空調、環保設備等生產機械設備(圖3)。

圖3：AT32 M4/M0+ MCU產品家族。

提高能源效率

未來工業化的設備將增加更多控制程式和感測器加強支援安全性，這些都需要大量的運算能力。例如，設備上增加異常檢測功能，在即將發生災難性的故障前，提前進行預防保養，確保設備發生故障時仍能安全地運作，減少工廠停機時間，並增加多種通訊方式。或是在工廠自動化升級中，實現無線抄表和數據傳送功能的低功耗電磁流量計與電流表，節省人力資源和提升效率。

AT32WB415系列採用低功耗藍牙(BLE) 5.0，整合藍牙射頻(RF)收發器與基頻(baseband)功能所組成的無線通訊型MCU，作為工廠建置首選。由於工廠設備需隨時處在連網情況下，能源管理為一大挑戰，須解決低運作功耗和低待機功耗等問題，AT32L021系列將於2022下半年推出，主頻採用72MHz，整合了豐富的周邊，且擴展了1個採樣率高達2Msps的12位元ADC，幾乎所有的I/O接口可容忍5V輸入訊號。適用於高速數據採集、工業及馬達控制，且晶片於待機模式下可達約1μA，深度睡眠模式約20μA的優異功耗表現。

根據Market Research Future分析報告預測，從現在到2023年，物聯網MCU市場的年複合成長率(CAGR)將達12%，屆時年收入將達到近40億美元。工業物聯網的應用多偏重工廠環境設備與大量遠距離感測器的連接，因此需要高速的資料傳輸和數據處理能力同時保持電力低功耗，也是雅特力MCU一直為之努力的方向。

活動簡介

從無線連接、更快的處理和運算、網路安全機制、更複雜的虛擬實境(VR)到人工智慧(AI)等技術，都將在未來的每一個嵌入式系統中發揮更關鍵功能。「嵌入式系統設計研討會」將全面涵蓋在電子產業最受熱議的「智慧」、「互連」、「安全」與「運算」等系統之相關硬體和軟體設計。

會中將邀請來自嵌入式設計相關領域的研究人員、代表廠商以及專家，透過專題演講、產品展示與互動交流，從元件、模組到系統，從概念設計到開發工具，深入介紹嵌入式系統設計領域的最新趨勢、創新和關注重點，並深入分享關於嵌入式系統設計的經驗、成果以及遇到的實際挑戰及其解決方案。

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